一種電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

裴險(xiǎn)峰，王敬啟，李偉，馮蓓蓓，張揚(yáng)

國(guó)能寧夏鴛鴦湖第一發(fā)電有限公司，寧夏靈武，751400

0 引言

電力資源作為日常生活、工作中不可或缺的基礎(chǔ)資源，電力設(shè)施的發(fā)展對(duì)于國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著非常重要的推動(dòng)作用。我國(guó)目前正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的階段，城市化進(jìn)程不斷加快，用電需求量與日俱增，這些都給電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性提出了新的挑戰(zhàn)。電網(wǎng)系統(tǒng)中設(shè)備眾多，自動(dòng)化程度高，不同設(shè)備之間聯(lián)系密切，復(fù)雜的工況環(huán)境給電廠工作帶來(lái)了一定的危險(xiǎn)性。在電力生產(chǎn)過(guò)程中，電力設(shè)備會(huì)受到多種因素的影響而出現(xiàn)故障和事故，大多數(shù)事故產(chǎn)生的原因都是由于違反操作規(guī)程，給電廠帶來(lái)重大的損失[1]。為了避免故障造成損失，需要定期安排巡檢，做好應(yīng)急預(yù)案。傳統(tǒng)巡檢方式主要依賴于人工操作，隨著電網(wǎng)系統(tǒng)復(fù)雜程度的提升，巡檢工作強(qiáng)度和難度增加，電網(wǎng)系統(tǒng)安全隱患排查只能憑借巡檢人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，巡檢人員的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)積累的水平存在較大差異。因此，會(huì)對(duì)電廠工況的巡檢效果造成干擾。傳統(tǒng)的人工巡檢難以使用量化的指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)督和考核，無(wú)法進(jìn)行系統(tǒng)化管理，電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性無(wú)法得到有效保障。在電網(wǎng)智能化發(fā)展的過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、傳感器技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以極大地提升信息采集和處理效率，有序合理地處理大量復(fù)雜信息，提升電廠巡檢效率。應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠運(yùn)行工作狀況的監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)工作人員從過(guò)去的現(xiàn)場(chǎng)巡視，轉(zhuǎn)變?yōu)樵诳刂剖疫M(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，計(jì)算機(jī)替代了大量的人工操作，不僅可以減小人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且可以優(yōu)化人力配置，甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班等自動(dòng)化管理，最大限度地提升電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 電廠運(yùn)行工作安全管理現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

電廠是提供電能的主要場(chǎng)所，包括將不同形式的原始能轉(zhuǎn)化為電能并進(jìn)行輸送。我國(guó)目前正處于快速發(fā)展階段，工業(yè)化的發(fā)展和城市化建設(shè)過(guò)程中，對(duì)于電能的依賴程度也越來(lái)越高。因此，確保電力資源的安全、可靠供應(yīng)是國(guó)家進(jìn)步、社會(huì)和諧穩(wěn)定的重要基礎(chǔ)，也是電力工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。電廠運(yùn)行工作中，各種大型的發(fā)電設(shè)備和電能輸送設(shè)備的工況是影響電網(wǎng)運(yùn)行安全性的重要因素。傳統(tǒng)的電廠運(yùn)行設(shè)備安全管理主要依靠人工巡檢，但是伴隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，發(fā)電設(shè)備日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)人工巡檢的方法在時(shí)效性和準(zhǔn)確度方面都顯現(xiàn)出了嚴(yán)重的不足，潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)無(wú)法及時(shí)有效地進(jìn)行排查，導(dǎo)致電廠設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)各種事故，嚴(yán)重阻礙了電廠的安全生產(chǎn)。在國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大背景下，電廠運(yùn)行工作安全管理的重要性突出，不僅關(guān)系著電力企業(yè)自身的發(fā)展，更影響著每一個(gè)人的切身利益，下面對(duì)電廠運(yùn)行工作安全管理發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1.1 電廠系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)效性不強(qiáng)

電廠系統(tǒng)復(fù)雜繁多，在規(guī)劃過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)行有效的統(tǒng)一整合，控制器模塊、數(shù)據(jù)接口多樣化，并且規(guī)格和通信協(xié)議無(wú)法統(tǒng)一，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸不通暢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)采集和更新。對(duì)于數(shù)據(jù)資源缺乏深度挖掘，數(shù)據(jù)整體利用水平較低，難以將數(shù)據(jù)分析結(jié)果及時(shí)地反饋給控制室，削弱了數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)、分析的應(yīng)用價(jià)值[2]。

1.2 安全管理系統(tǒng)功能不完善

在電網(wǎng)智能化建設(shè)過(guò)程中，現(xiàn)有的電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控管理系統(tǒng)的使用效果并不理想，功能不完善，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍較小，系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)接口不統(tǒng)一，信息傳輸?shù)臅r(shí)效性和準(zhǔn)確性難以保證。不同業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)自行確定傳輸格式，底層傳輸軟件不統(tǒng)一，業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)之間的交流受阻。

1.3 人為因素影響管理效果

電廠運(yùn)行工作安全管理內(nèi)容復(fù)雜繁瑣，涉及設(shè)備檢修、變電運(yùn)行和調(diào)度等多個(gè)專業(yè)，對(duì)于從事電廠運(yùn)行工作安全管理人員來(lái)說(shuō)具有較高的專業(yè)性要求，不僅需要熟悉和掌握計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)知識(shí)，還需要熟悉和掌握電廠運(yùn)行工作安全管理的重點(diǎn)和相關(guān)注意事項(xiàng)。由于我國(guó)電網(wǎng)智能化建設(shè)仍處于發(fā)展階段，對(duì)于人才的需求量較大，一旦現(xiàn)場(chǎng)管理人員的專業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)存在偏差，將直接影響電廠運(yùn)行工作安全管理的效果。

2 電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

隨著電網(wǎng)系統(tǒng)智能化程度的不斷提升，電力需求量與日俱增，電廠運(yùn)行工作的穩(wěn)定性和安全性成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。電廠設(shè)備巡檢工作是確保電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵，尤其是在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有非常重要的意義。電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化管理的核心環(huán)節(jié)，安全監(jiān)控平臺(tái)設(shè)計(jì)的主要目的是提高電廠運(yùn)行的安全性和可靠性，減輕人工巡檢的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升實(shí)時(shí)檢測(cè)的效率，為電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定提供保障。電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，不同的計(jì)算容量、規(guī)?？梢愿鶕?jù)功能進(jìn)行調(diào)整，抗干擾能力和可靠性更強(qiáng)，某一個(gè)模塊出現(xiàn)故障，系統(tǒng)其他部分仍然可以正常工作。與此同時(shí)，分布式模塊化設(shè)計(jì)對(duì)信息傳輸?shù)囊筝^低，減少了大量信息傳輸給控制中心造成的數(shù)據(jù)處理壓力，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性[3]。通過(guò)數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)集中式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，把經(jīng)過(guò)清洗后的結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)大數(shù)據(jù)服務(wù)組件，對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析、歸類、整理、統(tǒng)計(jì)、展示。采用Spring Cloud微服務(wù)框架，建立抽象、松散耦合和粗粒度的軟件服務(wù)組件，每個(gè)組件獨(dú)立部署，擁有自己的運(yùn)行空間，組件之間通過(guò)RESTAPI方式進(jìn)行調(diào)用，可以最大程度保證平臺(tái)的靈活性和擴(kuò)展性。在應(yīng)用層面，與任務(wù)終端系統(tǒng)、掌上辦公系統(tǒng)鏈接，實(shí)現(xiàn)信息交互，從而使平臺(tái)具有即插即用、靈活擴(kuò)展的特性。在展現(xiàn)層，以平臺(tái)作為系統(tǒng)的統(tǒng)一門戶，所有與系統(tǒng)相關(guān)的信息都可以在平臺(tái)上信息交互。安全監(jiān)管人員通過(guò)監(jiān)控中心對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和企業(yè)安全管理總體狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.1 電廠不安全行為的界定

電廠不安全行為包括人、機(jī)、環(huán)境三部分，具體包括人的不安全行為、設(shè)備的不安全狀態(tài)以及突發(fā)環(huán)境因素。在電廠運(yùn)行過(guò)程中人的不安全行為是造成電廠安全生產(chǎn)事故的主要原因。由于現(xiàn)場(chǎng)工作人員的不規(guī)范操作引發(fā)的安全事故，會(huì)造成電力生產(chǎn)中斷，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及人員生命。人員的不安全行為主要包括忽視安全、錯(cuò)誤操作、人為造成安全設(shè)備失效、使用不安全設(shè)備、物體存放不當(dāng)、徒手代替機(jī)械操作、進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域、干擾和分散注意力行為、忽視個(gè)人安全防護(hù)、接觸易燃易爆物品等。因此，確保工作人員嚴(yán)格按照規(guī)范操作是電廠安全運(yùn)行的重要內(nèi)容[4]。

2.2 電廠運(yùn)行工作不安全特征提取

電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控管理平臺(tái)借助傳感器、儀表、儀器、探測(cè)設(shè)備迅速采集電廠運(yùn)行環(huán)境中存在的危險(xiǎn)因素、有毒有害物質(zhì)、不安全危害程度、影響范圍及變化，對(duì)電廠設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)工人操作規(guī)范進(jìn)行監(jiān)督，提供可靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，改善電廠工作的環(huán)境，改善生產(chǎn)工藝過(guò)程，降低人為操作或者設(shè)備故障導(dǎo)致的事故。電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控平臺(tái)可以對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制，對(duì)危險(xiǎn)源的可控制性進(jìn)行分析后，選擇相應(yīng)的危險(xiǎn)源從事故臨界狀態(tài)修復(fù)到安全狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制、安全狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)、應(yīng)急控制、故障診斷、專家決策等功能。

此外，電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控管理平臺(tái)支持同時(shí)開展多個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)可視化的安全管控系統(tǒng)：利用負(fù)責(zé)人佩戴智能終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)公司分散的每個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的精準(zhǔn)位置、現(xiàn)場(chǎng)視頻、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、安全交底、安全措施及監(jiān)護(hù)人員位置、軌跡等情況，實(shí)時(shí)傳輸至公司的云端安全風(fēng)險(xiǎn)管控系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)各個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)督、遠(yuǎn)程喊話、高級(jí)指揮、強(qiáng)插、強(qiáng)聽、錄音、召開臨時(shí)會(huì)議、發(fā)布即時(shí)信息、遠(yuǎn)程開啟和關(guān)閉終端錄像、拍照、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、用戶管理的功能，實(shí)現(xiàn)公司、檢修作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)兩級(jí)的信息交互、作業(yè)管控、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)督、遠(yuǎn)程指揮、過(guò)程存證、事后追溯等功能[5]。

電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控平臺(tái)根據(jù)電廠運(yùn)行過(guò)程中人、設(shè)備、環(huán)境中提取的不安全行為特征，再結(jié)合安全行為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)采集到的行為特征進(jìn)行處理，判斷是否為不安全行為，利用SVM、xgBoost等機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立模型，對(duì)未標(biāo)注圖像所提取的特征進(jìn)行分類標(biāo)簽化，將采集到的各種特征按照不同類型劃分至各自特征類中，將電廠運(yùn)行工作中不安全行為所提取的特征數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至不安全行為特征庫(kù)中，以為后續(xù)行為識(shí)別使用。電廠運(yùn)行工作不安全特征庫(kù)建立流程圖如圖1所示。

圖1 電廠運(yùn)行工作不安全行為特征庫(kù)

2.3 電廠運(yùn)行安全監(jiān)控平臺(tái)的功能

電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控平臺(tái)具有網(wǎng)絡(luò)集成化和功能多樣化的特點(diǎn)，該平臺(tái)可以將電廠監(jiān)控對(duì)象劃分為若干子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)由相應(yīng)的監(jiān)控模塊實(shí)行監(jiān)控，所有監(jiān)控系統(tǒng)都與控制中心保持通信，形成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠運(yùn)行工作狀態(tài)的全方位監(jiān)控。監(jiān)控平臺(tái)功能多樣化，包括監(jiān)測(cè)環(huán)境安全參數(shù)和設(shè)備的啟停狀態(tài)、火災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、水災(zāi)監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)、電壓監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)等功能?？刂浦行目梢愿鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)傳感器的數(shù)據(jù)采集結(jié)果，按照一定的預(yù)測(cè)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電廠運(yùn)行工作中突發(fā)事故及發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)的定位和報(bào)警?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器可以進(jìn)行故障診斷、校準(zhǔn)、調(diào)零，配置標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)程接口，統(tǒng)一傳感器的輸出信號(hào)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头€(wěn)定性[6]。

3 電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)的應(yīng)用

電廠生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，電力設(shè)備眾多，人員操作造成的安全隱患較多，這些隱患一旦沒(méi)有及時(shí)處理，不僅會(huì)對(duì)員工人身安全造成嚴(yán)重的威脅，而且還會(huì)造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。因此，規(guī)范員工操作，減少不安全因素對(duì)電力生產(chǎn)造成的影響是十分必要的。電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)電力生產(chǎn)指標(biāo)、設(shè)備負(fù)荷、發(fā)電量、燃料消耗等指標(biāo)信息進(jìn)行采集、數(shù)據(jù)傳輸、無(wú)線通信，通過(guò)控制室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控平臺(tái)基于便攜式移動(dòng)終端，操作簡(jiǎn)單，擴(kuò)展性高，提高了電廠運(yùn)行工作的可靠性和穩(wěn)定性，方便電廠運(yùn)行管理人員在設(shè)備巡檢過(guò)程中實(shí)時(shí)上傳并獲取現(xiàn)場(chǎng)視頻數(shù)據(jù)。

為提高電廠安全管理水平，提供安全監(jiān)督的抓手，重點(diǎn)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)分散的作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施統(tǒng)一的、實(shí)時(shí)的、有效的監(jiān)督，本項(xiàng)目基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和成熟的移動(dòng)終端設(shè)備，給每個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)責(zé)人佩戴工作記錄儀系統(tǒng)，利用記錄儀系統(tǒng)自帶的語(yǔ)音、視頻、位置、即時(shí)消息、存證管理、錄音等功能，將分散的每個(gè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的信息，實(shí)時(shí)傳輸至控制中心。電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控平臺(tái)在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要滿足實(shí)際工作中的功能需求，充分考慮操作人員的使用習(xí)慣。電廠運(yùn)行工作監(jiān)控平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要可擴(kuò)展，便于優(yōu)化升級(jí)。系統(tǒng)要留有后續(xù)電廠投運(yùn)后加入管理的接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，要求設(shè)備管理方面盡量使用現(xiàn)有綜合管理平臺(tái)，節(jié)約成本。在現(xiàn)代化技術(shù)的幫助下，借助傳感器技術(shù)和無(wú)線傳輸技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工巡檢，確保電廠安全生產(chǎn)。電廠運(yùn)行工作安全監(jiān)控平臺(tái)能夠準(zhǔn)確迅速地監(jiān)測(cè)電廠內(nèi)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，還能夠反映電廠設(shè)備的不正常狀態(tài)，對(duì)安全隱患進(jìn)行有效預(yù)判，及時(shí)采取有效的應(yīng)對(duì)措施降低事故發(fā)生的概率。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，安全生產(chǎn)是電力企業(yè)最根本的任務(wù)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求量不斷增加，電廠規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，裝機(jī)容量和電網(wǎng)覆蓋面積越來(lái)越大，電廠運(yùn)行工作安全管理面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。在電網(wǎng)智能化發(fā)展的過(guò)程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)和數(shù)據(jù)傳感器技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電廠運(yùn)行的高效管理，設(shè)計(jì)研發(fā)智能化的員工不安全行為識(shí)別及預(yù)警系統(tǒng)，能降低人工管理勞動(dòng)強(qiáng)度，提升電廠智能化管理水平。